本發(fā)明涉及用于執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)向測(cè)量的方法和裝置并且進(jìn)一步涉及風(fēng)力渦輪機(jī)。

背景技術(shù)：

為了獲得風(fēng)力渦輪機(jī)的最大功率輸出，可能需要使風(fēng)力渦輪機(jī)對(duì)準(zhǔn)以使得風(fēng)向平行于機(jī)艙定向，即，正交于轉(zhuǎn)子葉片在其中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子平面。常規(guī)地，利用風(fēng)向測(cè)量設(shè)備來測(cè)量風(fēng)向并且基于測(cè)得的風(fēng)向而激活風(fēng)力渦輪機(jī)的偏航系統(tǒng)以便使風(fēng)力渦輪機(jī)正確地對(duì)準(zhǔn)從而精確地面向風(fēng)。在大多數(shù)情形中，對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)而言面向風(fēng)可以是重要的，因?yàn)檫@可以導(dǎo)致最大功率產(chǎn)量和最小負(fù)載。因此，基于風(fēng)向測(cè)量而使風(fēng)力渦輪機(jī)偏航，通常使用安裝在渦輪機(jī)機(jī)艙的頂部上的設(shè)備來執(zhí)行該風(fēng)向測(cè)量。如果風(fēng)向測(cè)量是錯(cuò)誤的，則可能導(dǎo)致顯著的產(chǎn)量損失。

已經(jīng)觀察到的是，常規(guī)的風(fēng)向測(cè)量并非在所有情形下均是可靠且精確的。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)沒有在所有情形中操作以用于產(chǎn)生最大功率并經(jīng)受最小負(fù)載。

因此，對(duì)于特別地用在風(fēng)力渦輪機(jī)中的用于執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量的方法和裝置（特別地包括校準(zhǔn)和/或調(diào)整錯(cuò)誤的原始測(cè)量數(shù)據(jù)）可能存在需求，其中，能夠可靠且精確地確定實(shí)際風(fēng)向。另外，對(duì)于利用更精確的風(fēng)向測(cè)量以用于使風(fēng)力渦輪機(jī)正確地對(duì)準(zhǔn)以便面向風(fēng)的風(fēng)力渦輪機(jī)可能存在需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這個(gè)需求可以由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題滿足。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)向測(cè)量的方法（特別地包括校準(zhǔn)和/或調(diào)整和/或校正錯(cuò)誤原始測(cè)量數(shù)據(jù)）被提供，該方法包括測(cè)量多個(gè)樣本對(duì)，每一對(duì)包括測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和相關(guān)聯(lián)的性能量（performancequantity），測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向表示測(cè)量真實(shí)風(fēng)向和測(cè)量設(shè)備的定向之間、特別是和正交于轉(zhuǎn)子葉片平面的方向之間的角度差的測(cè)量結(jié)果，性能量指示風(fēng)力渦輪機(jī)的性能；評(píng)估性能量相對(duì)于零度的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的非對(duì)稱程度（例如，評(píng)定對(duì)于低于零和高于零的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的性能量的差異程度）；測(cè)量另外的相對(duì)風(fēng)向；以及基于該非對(duì)稱程度而校正另外測(cè)得相對(duì)風(fēng)向。

特別地，如果測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向是零，則風(fēng)可能精確地面向傳感器。

該方法可以例如由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量的裝置而執(zhí)行。為了測(cè)量多個(gè)樣本對(duì)，可以使用包括傳感器的另外的測(cè)量設(shè)備。樣本對(duì)可以表示在不同時(shí)間點(diǎn)處測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和相關(guān)聯(lián)的性能量。相對(duì)風(fēng)向可以是在真實(shí)風(fēng)向（相對(duì)于地面的表面）和風(fēng)測(cè)量設(shè)備的定向之間的角度差，特別是真實(shí)風(fēng)向和風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線方向之間的角度差。轉(zhuǎn)子軸線的方向正交于轉(zhuǎn)子葉片平面。

測(cè)量多個(gè)樣本對(duì)以及評(píng)估非對(duì)稱程度可以被連續(xù)地執(zhí)行而不中斷風(fēng)力渦輪機(jī)的正常操作，由此允許風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生電能。風(fēng)測(cè)量設(shè)備可以例如安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙處或安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙上。該測(cè)量設(shè)備（例如，諸如聲學(xué)儀器的風(fēng)向標(biāo)（windvane）的風(fēng)向/風(fēng)速傳感器）可以例如被定向成基本上平行于機(jī)艙，即，正交于轉(zhuǎn)子平面。理想地，當(dāng)真實(shí)風(fēng)向正交于轉(zhuǎn)子平面時(shí)，測(cè)量設(shè)備應(yīng)該指示在真實(shí)風(fēng)向和測(cè)量設(shè)備的定向之間的0^°的角度。然而，由于調(diào)整誤差或者測(cè)量的干擾或者測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)性誤差，多個(gè)樣本對(duì)（特別地表示原始數(shù)據(jù)）可能是錯(cuò)誤的并且因此可能沒有反映真實(shí)的相對(duì)風(fēng)向。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的方法因此被設(shè)計(jì)成校正并校準(zhǔn)原始測(cè)量數(shù)據(jù)（即，多個(gè)樣本對(duì)），以便導(dǎo)出關(guān)于相對(duì)風(fēng)向的更精確且可靠的結(jié)果。

可以以多種方式限定性能量。性能參數(shù)可以是風(fēng)力渦輪機(jī)關(guān)于功率產(chǎn)量、特別是有功功率產(chǎn)量的性能。可以例如基于風(fēng)力渦輪機(jī)的常規(guī)地測(cè)得的機(jī)械和/或電學(xué)量而確定性能量，這些機(jī)械和/或電學(xué)量與有效風(fēng)速和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出有關(guān)。

當(dāng)性能量在以相同數(shù)量從0°的相對(duì)風(fēng)向而間隔分開的位置處沒有具有相同（或相似）數(shù)值時(shí)，可以存在性能量相對(duì)于等于零的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的非對(duì)稱性。例如，當(dāng)對(duì)于大于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的性能量（平均的或在某一區(qū)域中的）高于（或低于）在低于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向處的性能量時(shí)，可以評(píng)估性能量的非對(duì)稱性。特別地，當(dāng)性能量沒有呈現(xiàn)出具有位于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向處的對(duì)稱平面的鏡像對(duì)稱性時(shí)，可以評(píng)估性能量的非對(duì)稱性?？梢曰谙旅鎸⒏敿?xì)地描述的多種準(zhǔn)則來評(píng)估非對(duì)稱性。

非對(duì)稱程度可以指示出性能量從具有位于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向處的鏡像平面的鏡像對(duì)稱性偏離的范圍或程度。該評(píng)估可以包括使用其中裝載合適的程序的處理器來處理多個(gè)樣本對(duì)。

可以使用與已經(jīng)用于測(cè)量多個(gè)樣本對(duì)的相同的測(cè)量設(shè)備來測(cè)量另外的相對(duì)風(fēng)向，多個(gè)樣本對(duì)的每一對(duì)包括測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和相關(guān)聯(lián)的性能量。然而，由于被評(píng)估的非對(duì)稱程度，可以有利地校正另外的相對(duì)風(fēng)向，從而獲得相對(duì)風(fēng)向測(cè)量的更精確且可靠的結(jié)果。校正另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向可以得到已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向，該已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向可以被用在風(fēng)力渦輪機(jī)的其他控制部件中以用于控制該風(fēng)力渦輪機(jī)，特別地用在偏航系統(tǒng)中從而使風(fēng)力渦輪機(jī)正確地定向，諸如準(zhǔn)確地面向風(fēng)。

本發(fā)明的一個(gè)想法是相對(duì)于相對(duì)風(fēng)向測(cè)量而評(píng)估性能參數(shù)或性能量?；谛D(zhuǎn)速度、有功電功率、節(jié)距角和模型數(shù)據(jù)而導(dǎo)出的被估計(jì)的風(fēng)速可以被用作性能量的示例。性能量的另一示例是可以常規(guī)地測(cè)量的有功電功率。

相對(duì)風(fēng)向可以被定義為全局風(fēng)向（或真實(shí)風(fēng)向）減去偏航位置。這可以相當(dāng)于如由風(fēng)檢測(cè)傳感器所感測(cè)的偏航誤差。

該方法不必需要任意過濾設(shè)備，特別地任意過濾器將引入某些復(fù)雜性并且將要求正確地配置該過濾器。

該方法可以在軟件和/或硬件中實(shí)施。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括：限定區(qū)間矢量（binvector）（例如，xd），區(qū)間矢量的每一個(gè)分量包括一范圍的角度；限定平均性能矢量（例如，yd），平均性能矢量的每一個(gè)分量是包括在樣本對(duì)中的性能量的平均值，對(duì)于該每一個(gè)分量，測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向位于由區(qū)間矢量的對(duì)應(yīng)分量限定的角度范圍內(nèi)；限定計(jì)數(shù)矢量（例如，nd），計(jì)數(shù)矢量的每一個(gè)分量包括位于由區(qū)間矢量的對(duì)應(yīng)分量限定的相應(yīng)角度范圍內(nèi)的樣本對(duì)的數(shù)量；以及利用區(qū)間矢量、平均性能矢量和計(jì)數(shù)矢量以用于評(píng)估非對(duì)稱程度。

通過限定區(qū)間矢量、平均性能矢量和計(jì)數(shù)矢量，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的實(shí)施方式，支持任意數(shù)目的樣本對(duì)，當(dāng)在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間連續(xù)地（無限期地）執(zhí)行該方法時(shí)，所需的資源被最小化。因此相同維度的三個(gè)矢量，如果算法永遠(yuǎn)運(yùn)行則維度保持相同，產(chǎn)生無限數(shù)目的樣本對(duì)。

區(qū)間矢量在每一個(gè)分量中包括一范圍的角度。在區(qū)間矢量的兩個(gè)不同分量中的角度范圍不應(yīng)重疊并且應(yīng)該是連續(xù)的。在區(qū)間矢量的不同分量中的角度范圍可以例如具有相同的寬度，例如0.5°、1°、2°或其他。區(qū)間矢量可以被預(yù)定成覆蓋預(yù)期作為用于測(cè)量相對(duì)風(fēng)向的測(cè)量設(shè)備的典型輸出的總體的角度范圍。

平均性能矢量的特定分量具有性能量的平均值，該性能量在測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向位于區(qū)間矢量的對(duì)應(yīng)分量的角度范圍內(nèi)的多個(gè)樣本對(duì)的那些性能量中被平均。計(jì)數(shù)矢量正好在每個(gè)分量中都具有在如由區(qū)間矢量限定的區(qū)間中的樣本的數(shù)目。

區(qū)間矢量、平均性能矢量和計(jì)數(shù)矢量的每一個(gè)的維度（特別是固定的，非變化的）可以例如在20和50之間。因此，將這些矢量存儲(chǔ)在處理器的存儲(chǔ)器中不需要很多的存儲(chǔ)空間。因此，可以在不需要擴(kuò)展的資源的情況下實(shí)施該方法。

在下列實(shí)施例中，評(píng)估非對(duì)稱程度的不同方式被解釋。這些方式中的每一個(gè)可以單獨(dú)地或組合地應(yīng)用。

用于評(píng)估非對(duì)稱程度的不同方式的實(shí)施例可以應(yīng)用在分區(qū)的原始數(shù)據(jù)上，因此使用區(qū)間矢量、平均性能矢量和計(jì)數(shù)矢量。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，評(píng)估非對(duì)稱程度進(jìn)一步包括在由多個(gè)樣本對(duì)或多對(duì)測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和性能量限定的曲線上擬合直線并且確定直線的斜率，該多對(duì)測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和性能量如由區(qū)間矢量、平均性能矢量和計(jì)數(shù)矢量限定，其中，基于非對(duì)稱程度而校正另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向包括基于該直線的斜率而從另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向中減去修正值。

可以通過常規(guī)的可用技術(shù)（例如，最小平方擬合）而執(zhí)行對(duì)直線的擬合（線性關(guān)系）。通常，擬合過程輸出線性曲線的斜率?？梢酝ㄟ^直線來近似數(shù)據(jù)，即，區(qū)間矢量、平均性能矢量和計(jì)數(shù)矢量。直線的斜率（正或負(fù)）可以指示性能更優(yōu)的位置：如果斜率是負(fù)的，則對(duì)于小于0°的相對(duì)風(fēng)向，性能是更優(yōu)的。如果性能是正的，則對(duì)于大于0°的相對(duì)風(fēng)向，性能是更優(yōu)的。因此，為了獲得更可靠的測(cè)量結(jié)果，從另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向中減去基于直線的斜率的修正值。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，修正值與直線的斜率成比例，其中，比例因子是非負(fù)的。修正值可以是具有一符號(hào)的常數(shù)，該符號(hào)取決于斜率的符號(hào)或者可以取決于斜率的大小。修正值可以例如與斜率成比例（或者是斜率的特定冪或斜率的多項(xiàng)式）。因此，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的實(shí)施方式。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，評(píng)估非對(duì)稱程度包括確定最大位置，該最大位置是測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向或角度范圍，對(duì)于該最大位置，相關(guān)聯(lián)的性能量或平均性能量是最大的，其中，基于非對(duì)稱程度校正另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向包括從另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向中減去與最大位置成比例的修正值，其中，比例因子大于零。

最大位置可以是導(dǎo)致最高的相關(guān)聯(lián)的性能量或平均性能量的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的位置。當(dāng)使用分區(qū)數(shù)據(jù)時(shí)，該擬合在擬合過程中考慮在每個(gè)區(qū)間中的樣本的數(shù)量，例如，通過施加或考慮對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，評(píng)估非對(duì)稱程度包括對(duì)相關(guān)聯(lián)的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向或角度范圍大于零的性能量或平均性能量進(jìn)行平均，以便獲得第一平均性能量，以及對(duì)相關(guān)聯(lián)的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向或角度范圍小于零的性能量或平均性能量進(jìn)行平均，以便獲得第二平均性能量；確定第一平均性能量或第二平均性能量中哪個(gè)更大，其中，基于非對(duì)稱程度而校正另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向包括，如果第一平均性能量大于第二平均性能量，則確定修正值的正的，如果第一平均性能量大于第二平均性能量，則確定修正值是負(fù)的；以及從另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向中減去該修正值。

當(dāng)?shù)谝黄骄阅芰看笥诘诙骄阅芰繒r(shí)，對(duì)于大于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的性能量或性能量的平均值（包括在平均性能矢量的每個(gè)矢量中）比對(duì)于小于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的性能量或性能量的平均值更大?？梢詢H基于第一和第二平均性能量中哪個(gè)更大而確定修正值，或者在其他實(shí)施例中也可以取決于第一平均性能量和第二平均性能量之間的差值而確定修正值。通過從另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向中減去該修正值，已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向可以更接近地對(duì)應(yīng)于真實(shí)相對(duì)風(fēng)向。

用于評(píng)估性能量相對(duì)于等于零的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的非對(duì)稱程度的其他算法是可能的。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括，當(dāng)測(cè)量多個(gè)樣本對(duì)時(shí)，確定至少一個(gè)操作和/或環(huán)境參數(shù)，特別是被估計(jì)的風(fēng)速或真實(shí)（例如，測(cè)得的）風(fēng)速；以及存儲(chǔ)與至少一個(gè)操作和/或環(huán)境參數(shù)相關(guān)聯(lián)的修正值。

當(dāng)額外地確定（特別是測(cè)量）至少一個(gè)操作和/或環(huán)境參數(shù)時(shí)，該修正值可以在相對(duì)風(fēng)向的稍后測(cè)量中作為專用于（隨后測(cè)量或確定的）至少一個(gè)操作和/或環(huán)境參數(shù)并且特別地取決于至少一個(gè)操作和/或環(huán)境參數(shù)的大小的修正值而被存儲(chǔ)和訪問。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括確定操作和/或環(huán)境參數(shù)，以及減去與修正值成正比的值以獲得已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向，該修正值與被確定的操作和/或環(huán)境參數(shù)相關(guān)聯(lián)。

因此，可以執(zhí)行測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的操作和/或環(huán)境參數(shù)的特定校正。特別地，對(duì)于操作和/或環(huán)境參數(shù)（特別是風(fēng)速）的不同大小，修正值可以具有不同大小。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，比例因子（用于從非對(duì)稱程度中確定修正值）被選擇成將性能量轉(zhuǎn)換成風(fēng)向偏移量（因此包括單位的變化）。該因子可以被選擇得足夠大以便確保足夠快速的收斂（convergence），但不應(yīng)選擇得太大以使得其可能引起超調(diào)。可以取決于應(yīng)用并且通過經(jīng)驗(yàn)或試錯(cuò)法來確定該比例因子的大小。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，特別是在正常操作期間該方法被連續(xù)地執(zhí)行，其中，不論風(fēng)向和/或風(fēng)速和/或偏航位置是否變化均特別地進(jìn)一步執(zhí)行該方法。

因此，無需中斷風(fēng)力渦輪機(jī)的操作并且特定的額外測(cè)量設(shè)備可以不是必需的。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，性能量是下述內(nèi)容中的至少一個(gè)或者包括下述內(nèi)容中的至少一個(gè)：有效風(fēng)速，有效風(fēng)速表示由風(fēng)力渦輪機(jī)經(jīng)受的、對(duì)于能量產(chǎn)生有效的風(fēng)速的度量，特別地表示風(fēng)速在正交于轉(zhuǎn)子葉片平面的方向上的分量；功率，特別是有功功率，該功率由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生，特別地應(yīng)用在低風(fēng)力范圍和中風(fēng)力范圍中；節(jié)距角，特別地應(yīng)用在高風(fēng)速下；轉(zhuǎn)子速度的增加；或指示了量的載荷。性能量也可以是其他量或者包括其他量。

可以以多種方式評(píng)估或測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)的性能。低和中風(fēng)速（例如在12m/s（米/秒）以下的風(fēng)速下）、所產(chǎn)生的功率（特別是所產(chǎn)生的有功功率）可以用作性能度量，但是轉(zhuǎn)子速度的增加也可以指示性能的提升。在高風(fēng)速范圍（諸如12m/s以上的風(fēng)速）中，節(jié)距角可以是合理的性能參數(shù)，因?yàn)樽罴训臋C(jī)艙位置將導(dǎo)致最大的風(fēng)流入量和更大的節(jié)距角。所產(chǎn)生的功率（特別是所產(chǎn)生的有效功率）、轉(zhuǎn)子速度的增加和/或節(jié)距角的組合（如實(shí)際上用于導(dǎo)出有效風(fēng)速所進(jìn)行的）能夠作為合適的性能參數(shù)。有效風(fēng)速通常可能是最合適的性能參數(shù)，其中，有效風(fēng)速可以等于平行于機(jī)艙（即，正交于轉(zhuǎn)子平面）的風(fēng)速分量。有效風(fēng)速可以提供在所有風(fēng)速（即，低、中和高風(fēng)速范圍）下的風(fēng)力渦輪機(jī)性能的一致且適當(dāng)?shù)亩攘俊＠缈梢岳脤?shí)際功率產(chǎn)量、實(shí)際轉(zhuǎn)子速度和實(shí)際節(jié)距角而從渦輪機(jī)模型中估計(jì)或計(jì)算有效風(fēng)速。如果實(shí)際操作值是已知的，這可以是可能的，因?yàn)轱L(fēng)速、轉(zhuǎn)子速度和節(jié)距角的所有可能組合可以導(dǎo)致理論的功率輸出并且因此可以估計(jì)有效風(fēng)速。由此，功率、節(jié)距角和轉(zhuǎn)子速度的增加可以是常規(guī)地可獲得的測(cè)量值。因此，可以在不需要額外的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的情況下應(yīng)用該方法。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用渦輪機(jī)模型、考慮所產(chǎn)生的實(shí)際功率（特別是有功的以及可能地反應(yīng)性的）、實(shí)際轉(zhuǎn)子速度和/或?qū)嶋H節(jié)距角而估計(jì)有效風(fēng)速。渦輪機(jī)模型可以是預(yù)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作并且因此使得機(jī)械和電學(xué)參數(shù)彼此相關(guān)的物理/數(shù)學(xué)模型。因此，可以以簡(jiǎn)單的方式實(shí)施該方法。

可以例如使用查閱表來計(jì)算有效風(fēng)速，該查閱表具有節(jié)距角、旋轉(zhuǎn)速度和功率的列，因此將有效風(fēng)速表達(dá)為節(jié)距角、旋轉(zhuǎn)速度和功率的函數(shù)。有效風(fēng)速可以被計(jì)算為風(fēng)力渦輪機(jī)的替代或額外的電學(xué)或機(jī)械量的函數(shù)。

應(yīng)該理解的是，用于執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)向測(cè)量的方法的單獨(dú)地或以任意組合地公開、應(yīng)用、解釋或提供的特征也可以單獨(dú)地或以任意組合地用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)向測(cè)量的裝置，并且反之亦然。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)向測(cè)量的裝置（特別地包括校準(zhǔn)和/或調(diào)整和/或校正錯(cuò)誤的原始測(cè)量數(shù)據(jù)）被提供，其中，該裝置適于接收多個(gè)測(cè)得的樣本對(duì)，每一對(duì)包括測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和相關(guān)聯(lián)的性能量，測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向表示測(cè)量在真實(shí)風(fēng)向和測(cè)量設(shè)備的定向之間，特別是和正交于轉(zhuǎn)子葉片平面方向之間的角度差的測(cè)量結(jié)果，性能量指示風(fēng)力渦輪機(jī)的性能；評(píng)估性能量相對(duì)于等于零的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的非對(duì)稱程度；接收另外測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向；以及基于該非對(duì)稱程度而校正另外測(cè)得相對(duì)風(fēng)向。

為了測(cè)量多個(gè)樣本對(duì)，該裝置可以進(jìn)一步包括風(fēng)向測(cè)量設(shè)備，諸如風(fēng)向標(biāo)或聲學(xué)儀器，并且為了測(cè)量性能量，該裝置可以包括機(jī)械和/或電學(xué)傳感器，該機(jī)械和/或電學(xué)傳感器基于可以被計(jì)算的性能量而測(cè)量電學(xué)和/或機(jī)械量。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種風(fēng)力渦輪機(jī)被提供，包括：轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有連接至轉(zhuǎn)子并且在轉(zhuǎn)子葉片平面中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片；裝置，該裝置用于執(zhí)行根據(jù)上面描述的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)向測(cè)量；以及偏航系統(tǒng)，該偏航系統(tǒng)用于基于測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向而引導(dǎo)轉(zhuǎn)子葉片平面，該測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向由用于執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量的裝置獲得，風(fēng)力渦輪機(jī)特別地進(jìn)一步包括風(fēng)向測(cè)量裝置，特別是風(fēng)向標(biāo)和/或聲學(xué)儀器中的至少一個(gè)，以用于測(cè)量相對(duì)風(fēng)向的多個(gè)樣本。

必需注意的是，已經(jīng)參照不同主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。特別地，已經(jīng)參照方法類型的權(quán)利要求描述了一些實(shí)施例，而已經(jīng)參照裝置類型的權(quán)利要求描述了其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上和以下描述中理解的是，除非另外通知，除了屬于一種主題的特征的任意組合之外，涉及不同主題的特征之間、特別是方法類型的權(quán)利要求的特征和裝置類型的權(quán)利要求的特征之間的任意組合也被視作由本文獻(xiàn)公開。

本發(fā)明的以上限定的方面和另外的方面從下文中將要描述的實(shí)施例的示例中是明顯的并且參照實(shí)施例的示例而被解釋。下文中將參照實(shí)施例的示例而更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于實(shí)施例的示例。

附圖說明

現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于所示或所述的實(shí)施例。

圖1在俯視圖中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)和/或執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量的裝置；

圖2在示意圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用作性能參數(shù)的有效風(fēng)矢量；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量的方法的流程圖；以及

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所考慮的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1在俯視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)1的示意表示，其包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)和/或執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量的裝置3。因此，裝置3適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)和/或執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)1的風(fēng)向測(cè)量的方法。

風(fēng)力渦輪機(jī)1包括轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子3包括轉(zhuǎn)子軸5、轉(zhuǎn)子轂7以及連接值轉(zhuǎn)子轂7的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片9。轉(zhuǎn)子葉片9在正交于轉(zhuǎn)子軸5的旋轉(zhuǎn)軸線13的轉(zhuǎn)子葉片平面11中旋轉(zhuǎn)。為了測(cè)量相對(duì)風(fēng)向的多個(gè)樣本，風(fēng)力渦輪機(jī)1包括安裝在機(jī)艙17處或安裝在機(jī)艙17上的風(fēng)向測(cè)量裝置15。機(jī)艙17支撐轉(zhuǎn)子軸5并且進(jìn)一步包括未示出的機(jī)械地聯(lián)接至轉(zhuǎn)子軸5的發(fā)電機(jī)，并且進(jìn)一步包括未示出的轉(zhuǎn)換器和風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器。機(jī)艙方向由旋轉(zhuǎn)軸線13的方向限定。

真實(shí)風(fēng)向19包括（在風(fēng)力渦輪機(jī)1的位置處投影至地面的表面上）與機(jī)艙方向13（即，旋轉(zhuǎn)軸線13的方向）的角度差α。角度α限定相對(duì)風(fēng)向，即，風(fēng)19相對(duì)于機(jī)艙方向13的方向。

風(fēng)向測(cè)量裝置15被提供以用于測(cè)量相對(duì)風(fēng)向α。然而，由于調(diào)整誤差、測(cè)量誤差或風(fēng)向測(cè)量裝置15的系統(tǒng)性誤差，風(fēng)向測(cè)量裝置測(cè)量錯(cuò)誤的角度α’而非真實(shí)的相對(duì)風(fēng)向α。裝置3被提供用于校準(zhǔn)/校正錯(cuò)誤的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’（并且因此用于執(zhí)行風(fēng)向測(cè)量）從而導(dǎo)出已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’’,該已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’’應(yīng)該以更高的精度反映真實(shí)的相對(duì)風(fēng)向α。已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’’被提供至偏航控制器21，偏航控制器21適于控制允許使轉(zhuǎn)子平面11（特別地包括機(jī)艙17）圍繞豎直旋轉(zhuǎn)軸線25轉(zhuǎn)動(dòng)的偏航系統(tǒng)23，如由彎曲箭頭27所示，從而引導(dǎo)轉(zhuǎn)子平面11使其諸如面向風(fēng)19，即，使得轉(zhuǎn)子軸線13與風(fēng)向19對(duì)準(zhǔn)。在該情形中，角度差α為零。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，風(fēng)向測(cè)量裝置15測(cè)量多個(gè)樣本配對(duì)，該多個(gè)樣本配對(duì)的每一個(gè)包括如下所述的相對(duì)風(fēng)向和（相關(guān)聯(lián)的）性能量。

因此，風(fēng)向測(cè)量裝置15測(cè)量相對(duì)風(fēng)向的多個(gè)樣本以便獲得多個(gè)測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’，該相對(duì)風(fēng)向表示真實(shí)風(fēng)向19和測(cè)量設(shè)備的定向14（特別是正交于轉(zhuǎn)子葉片平面11的方向13）之間的角度差α。

由裝置3執(zhí)行的方法進(jìn)一步包括測(cè)量指示了風(fēng)力渦輪機(jī)1性能的性能參數(shù)的多個(gè)樣本。性能參數(shù)可以例如是將參照?qǐng)D2解釋的有效風(fēng)速。有效風(fēng)矢量41能夠被視為真實(shí)風(fēng)向19平行于機(jī)艙方向13（相當(dāng)于轉(zhuǎn)子軸5的旋轉(zhuǎn)軸線）的分量。可以使用渦輪機(jī)模型并且考慮實(shí)際功率產(chǎn)量、實(shí)際轉(zhuǎn)子速度和實(shí)際節(jié)距角來計(jì)算有效風(fēng)矢量41。

性能參數(shù)的多個(gè)樣本被指示為信號(hào)43，信號(hào)43也被提供至接收相對(duì)風(fēng)向α’的多個(gè)測(cè)得的樣本的裝置3（在圖1中示出）。在圖1中，性能參數(shù)43由性能評(píng)估器42估計(jì)并輸出，性能評(píng)估器42接收未示出的風(fēng)力渦輪機(jī)的操作參數(shù)作為輸入，特別是與風(fēng)力渦輪機(jī)1的電學(xué)和/或機(jī)械性能有關(guān)的操作參數(shù)。

裝置3適于評(píng)估性能量相對(duì)于等于零（vanishing）的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的非對(duì)稱程度。當(dāng)相對(duì)風(fēng)向的另外的多個(gè)樣本被測(cè)得時(shí)，裝置3輸出已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’，該已校正的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’基于該非對(duì)稱程度而被校正。

由裝置3執(zhí)行的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的算法的示例在圖3中被示出為流程圖45。根據(jù)流程圖45，氣象站或特別地風(fēng)向測(cè)量裝置15（例如在圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)1中的風(fēng)向測(cè)量裝置15）執(zhí)行相對(duì)風(fēng)向的多次測(cè)量（隨時(shí)間變化）并輸出測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’以及將該測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’提供至數(shù)據(jù)處理器47。

另外，性能評(píng)估器42對(duì)性能量51進(jìn)行估計(jì)并且將該性能量51提供至數(shù)據(jù)處理器47。在下文中測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α’也表示為x并且性能量51也表示為y。數(shù)據(jù)處理器47從多個(gè)樣本對(duì)（x，y）中形成區(qū)間矢量xd，區(qū)間矢量xd的每一個(gè)分量包括一范圍的角度。數(shù)據(jù)處理器47進(jìn)一步形成平均性能矢量yd，平均性能矢量yd的每一個(gè)分量是包括在樣本對(duì)（x，y）中的性能量y的平均值，對(duì)于該分量，測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向x位于由區(qū)間矢量xd的對(duì)應(yīng)分量限定的角度范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)處理器47進(jìn)一步構(gòu)造計(jì)數(shù)矢量nd，計(jì)數(shù)矢量nd的每一個(gè)分量包括位于由區(qū)間矢量xd的對(duì)應(yīng)分量限定的相應(yīng)角度范圍內(nèi)的樣本對(duì)（x，y）的數(shù)量。

區(qū)間矢量xd可以例如包括多個(gè)分量，該多個(gè)分量的每一個(gè)具有1°的寬度。一個(gè)分量例如可以限定范圍[-15°，-14°]，另一個(gè)分量可以限定[-14°，13°]，……以及最后的范圍可以由[+14°，15°]限定。一個(gè)分量例如可以限定范圍[-15°，-14°]，另一個(gè)分量可以限定范圍[-14°，13°]，……以及最后的范圍可以由[+14°，15°]限定。一個(gè)分量可以例如限定范圍[-15°，-14°]，另一個(gè)分量可以限定[-14°，13°]，……以及最后的范圍可以由[+14°，15°]限定。其他范圍寬度是可能的并且總體范圍的其他極限值是可能的。在其他實(shí)施例中，區(qū)間矢量的分量可以例如限定具有恒定寬度的范圍的中心。

對(duì)于每個(gè)區(qū)間，累積的平均性能量y存儲(chǔ)在平均性能矢量yd中。

區(qū)間矢量xd、平均性能矢量yd和計(jì)數(shù)矢量nd被提供至性能評(píng)估器53，該性能評(píng)估器53適于評(píng)估性能量相對(duì)于等于零的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向α'（即，該測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向是零）的對(duì)稱程度。由性能評(píng)估器53執(zhí)行的評(píng)估可以以多種不同的方式實(shí)施。然而，在每個(gè)情形中，性能評(píng)估器53輸出修正值55，對(duì)于不同的評(píng)估方式，修正值55被表示為55a、55b或55c。

根據(jù)第一評(píng)估算法（表示為a），如圖4中所示，數(shù)據(jù)（xd，yd，nd）由直線近似，該直線用附圖標(biāo)記57標(biāo)注。因此，圖4示出了具有橫坐標(biāo)59和縱坐標(biāo)61的曲線圖，橫坐標(biāo)59指示相對(duì)風(fēng)向α’或xd，縱坐標(biāo)61指示作為性能度量的一個(gè)示例的有效風(fēng)速。在圖4中，數(shù)據(jù)點(diǎn)63是分區(qū)間的原始數(shù)據(jù)，即，分區(qū)間的多個(gè)樣本對(duì)，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)63包括測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向和相關(guān)聯(lián)的性能量。因此，測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向以具有1°的寬度的區(qū)間劃分并且例如從-15°開始并且在15°處結(jié)束。在繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)63之前，已經(jīng)減去了在0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向下的有效風(fēng)速以使得連接數(shù)據(jù)點(diǎn)63的曲線65表示歸一化（normalized）曲線。

如從圖4中能夠意識(shí)到，曲線65（連接數(shù)據(jù)點(diǎn)63）相對(duì)于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向是非對(duì)稱的。從曲線圖65中明顯可知，對(duì)于大于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的有效風(fēng)速（作為性能量的一個(gè)示例）通常要比對(duì)于小于0°的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向的有效風(fēng)速更高。

非對(duì)稱的程度可以由圖3中所示的性能評(píng)估器53以多種不同方式評(píng)估。

根據(jù)評(píng)估算法a），如圖4中所示，數(shù)據(jù)（xd，yd，nd）由直線57近似。線57的斜率（正或負(fù)）指示性能更優(yōu)的位置。對(duì)于負(fù)的斜率，性能對(duì)于小于0°的相對(duì)風(fēng)向是更優(yōu)的。對(duì)于正的斜率，性能對(duì)于大于0°的相對(duì)風(fēng)向是更優(yōu)的?；谥本€57的斜率的符號(hào)，性能評(píng)估器53輸出與該評(píng)估算法相關(guān)聯(lián)的修正值55a。該修正值被提供至風(fēng)向修正器67，風(fēng)向修整器67輸出由修正值55a增大或減小的風(fēng)向偏移量。能夠采用固定的步長(zhǎng)側(cè)來施加該修正，或者可以基于根據(jù)直線57的斜率的變化而施加該修正（例如，更陡的斜率可以指示更高的確定性）。

根據(jù)評(píng)估算法b），具有最高性能的相對(duì)風(fēng)向樣本被考慮。因此，數(shù)據(jù)（xd，yd）可以直接指示哪個(gè)測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向使性能量最大化。在圖4中所示的示例數(shù)據(jù)集中，明顯可知對(duì)于xd=5°，yd是最大的，即最大位置58。因此，預(yù)期的是對(duì)于5°的相對(duì)風(fēng)向，性能被改進(jìn)（這與風(fēng)力渦輪機(jī)的當(dāng)前讀數(shù)有關(guān)，其可能已經(jīng)由風(fēng)向偏移所補(bǔ)償）。對(duì)于該評(píng)估算法，性能評(píng)估器53輸出修正值55b并且將該修正值55b提供至風(fēng)向修正器67，風(fēng)向修正器67基于修正值55b確定風(fēng)向偏移量69。該風(fēng)向偏移量可以被加至測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向或者可以從如由風(fēng)向測(cè)量裝置15原始地測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向中減去。

根據(jù)評(píng)估算法c），相對(duì)風(fēng)向修正方向被考慮。這個(gè)算法有些類似于評(píng)估算法a）（“斜率”）。在本文中，分區(qū)間的性能量yd分別對(duì)于小于0°的分區(qū)間的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向（xd<0°）和大于0°的分區(qū)間的測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向而被平均。更高的平均值指示一方向，風(fēng)向應(yīng)該變化至該方向以便使性能量最大化。如果yd的平均值在(xd>0°)處是更優(yōu)的，則提供正的輸出。如果yd的平均值在(xd<0°)處是更優(yōu)的，則提供負(fù)的輸出。因此，性能評(píng)估器53輸出修正值55c并且將修正值55c提供至風(fēng)向修正器67，風(fēng)向修正器67使用這個(gè)值55c以便導(dǎo)出風(fēng)向偏移量69。

值55a、55b、55c可以被視為在本文中使用的修正值。替代地，風(fēng)向偏移量69可以被標(biāo)識(shí)為在本文中使用的修正值。

應(yīng)該注意的是，性能評(píng)估器可以僅輸出不同的修正值中的一個(gè)，即，55a、55b或55c。在其他實(shí)施例中，不同的修正值55a、55b、55c中的兩個(gè)或更多個(gè)可以被組合，例如被平均，并且平均值可以被提供至風(fēng)向修正器67。

在特定實(shí)施例中，可以根據(jù)一些分選參數(shù)（例如，風(fēng)速）來將風(fēng)向偏移量69分區(qū)間。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)考慮風(fēng)速的風(fēng)向測(cè)量校準(zhǔn)/校正。

本發(fā)明的實(shí)施例因此可以提供可靠的風(fēng)向測(cè)量設(shè)備，該設(shè)備可以允許去除偏航誤差，顯著地增加渦輪機(jī)功率產(chǎn)量，降低渦輪機(jī)負(fù)載，并且使渦輪機(jī)對(duì)準(zhǔn)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，風(fēng)向的變化以及一些性能參數(shù)的變化被連續(xù)地表達(dá)。另外，在風(fēng)向的變化與性能參數(shù)的變化之間的相關(guān)性（或者與該相關(guān)性有關(guān)的任意其他值）被連續(xù)地估計(jì)。另外，連續(xù)地，與被估計(jì)的相關(guān)性成正比的小的增益從如由風(fēng)向測(cè)量裝置測(cè)量的風(fēng)向中被減去。另外，利用從相關(guān)值中導(dǎo)出的風(fēng)向修正量來修改風(fēng)向測(cè)量值。本發(fā)明的實(shí)施例可以顯著地增加渦輪機(jī)功率產(chǎn)量和/或可以降低渦輪機(jī)負(fù)載。

如早前已經(jīng)提及的，性能參數(shù)可以包括許多不同的量或者可以是許多不同的量。建議的是使用有效風(fēng)速，但是也可以使用其他量，類似產(chǎn)生的功率、轉(zhuǎn)子速度、節(jié)距角或渦輪機(jī)載荷的一些量的表達(dá)式。實(shí)際上，可以可能地使用與機(jī)艙偏航位置（相對(duì)于風(fēng)向）相關(guān)的任意參數(shù)。

如上面也已經(jīng)提及的，風(fēng)向修正量可以是在所有時(shí)刻所有（風(fēng)）條件下應(yīng)用的單個(gè)數(shù)字，但是在其他實(shí)施例中其也可以是應(yīng)該如何取決于一個(gè)或多個(gè)參數(shù)（例如，風(fēng)速）而修改風(fēng)向的任意種類的傳遞函數(shù)表達(dá)式。

應(yīng)該注意的是，術(shù)語“包括”并非排除其他元件或步驟，并且“一”或“一個(gè)”并未排除復(fù)數(shù)形式。也可以對(duì)與不同的實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地描述的元件進(jìn)行組合。還應(yīng)該注意的是，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不被解釋為限制本權(quán)利要求的范圍。